Specificatie en gebruik van dempende functies op lichtschermen

Lichtschermen zijn een handig en onopvallend automatiserings-veiligheidscomponent om machines te bewaken en ongevallen te verminderen. In veel gevallen kunnen lichtschermen kettingschermen en andere harde mechanische afschermingen aanvullen of zelfs vervangen, terwijl ze extra systeemfuncties bieden. In feite zijn vele machinebeheertaken (zoals het laden van grondstoffen in machines en het lossen van afgewerkte goederen bij de machine-uitgang) alleen mogelijk met lichtschermen. De aanpasbaarheid van deze veiligheidscomponenten is ook geschikt voor installaties waar traditionele industriële robots in de buurt van werkcellen met productiepersoneel worden gebruikt - voor een aanzienlijk lager risico op letsel.

Afbeelding 1: Indien correct geïnstalleerd en periodiek getest, zijn correct werkende lichtschermen eenvoudige en waardevolle componenten voor de bescherming van werknemers tegen letsel. Het paar gele lichtgordijnpalen in deze demonstratie op de beurs bevindt zich achter een doorzichtig acrylvenster dat in een echte toepassing niet aanwezig zou zijn. (Bron afbeelding: Design World))

Zoals vermeld in een vorig DigiKey artikel over de basisprincipes en fundamentele parameters van lichtgordijnen, is dempen slechts één van de vele instellingen die tijdens het ontwerpproces moeten worden gespecificeerd. Andere onderling samenhangende lichtschermparameters zijn resolutie, positionering, remafstand, EN ISO 13849-1 type-indeling, en spiegeling voor perimetercontrole.

Dempen van lichtgordijn instellen, bedienen en testen

Initiële instelling en kalibratie zijn van cruciaal belang voor een goede werking van het lichtscherm. Om dit installatieproces te vergemakkelijken, integreren de meeste fabrikanten van lichtgordijnen tegenwoordig hun componenten met LED's. Eenvoudige rood-groene LED's geven aan (door groen op te lichten) wanneer het zendergordijn en het ontvangergordijn goed zijn uitgelijnd of (door rood op te lichten) wanneer een extra afstelling nodig is. Het installatiepersoneel moet ervoor zorgen dat:

• Alle LED's die zijn gekoppeld aan alle actieve gebieden van het lichtgordijn groen branden (wat aangeeft dat ze zijn ingesteld voor een goede werking)
• De afstand van het lichtgordijn tot de gevaarlijke machines of robotassen valt binnen de door de fabrikant van het lichtgordijn opgegeven waarden en binnen de toepasselijke ISO-, OSHA- en/of ANSI-normen

De installatie moet in twee stappen gebeuren. Ten eerste moet het lichtscherm worden opgesteld terwijl de gevaarlijke machine of robot die moet worden bewaakt, volledig spanningsloos is - om de juiste lockout/tagout-procedures te volgen. Vervolgens (zodra de onafhankelijke werking van het lichtgordijn is geverifieerd) moet het installatiepersoneel het gordijn aansluiten op de noodstop (e-stop) van de werkzone en het systeem opnieuw testen met de bewaakte apparatuur onder spanning en werkend in de veilige modus.

Afbeelding 2: Het hier getoonde lichtscherm is ontworpen om een toegangspunt op de apparatuur van een compacte productiemachine te beveiligen. Hij is er in varianten voor bewakingshoogten van 160, 240 en 320 mm over 0,1 tot 2 m en in resoluties van 14 mm (voor vingerdetectie) of 24 mm (voor handdetectie). End-to-end detectie voorkomt blinde zones. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

Natuurlijk zijn lichtschermen niet geschikt voor alle machinebewakingstoepassingen. Ze zijn bijvoorbeeld problematisch in situaties met sterk reflecterende oppervlakken in de buurt van het actieve machinegebied. Ze kunnen ook defect raken in omgevingen met zeer rokerige processen of waar veel deeltjes in de lucht zitten. In een dergelijke omgeving kan het (wanneer de perimeter wordt doorbroken) buitensporig lang duren voordat apparatuur die door lichtschermen wordt bewaakt, veilig tot stilstand komt. Het probleem kan er ook toe leiden dat apparatuur materiaal uitwerpt buiten het gedefinieerde actieve gebied. Daarom is het belangrijk dat ontwerpers die veiligheidssystemen ontwerpen voor rokerige en stoffige omgevingen zorgvuldig nagaan of lichtschermen het personeel effectief kunnen beschermen of dat fysieke machinebeveiligingen gerechtvaardigd zijn.

Volgens goed gebruik moeten de lichtschermen aan het begin van elke dienst een snelle valideringstest ondergaan om de goede werking te garanderen. Bovendien moeten er grondiger halfjaarlijkse inspecties worden uitgevoerd. Bij deze inspecties moet elke verslechtering van de werking worden gekwantificeerd, met name die welke zich voordoen in de vorm van trage reactietijden of verduistering van het actieve gebied van de werkzone. Dit laatste is het meest relevant wanneer de machines zijn aangepast aan de produktie van nieuwe produktlijnen. Wanneer dergelijke veranderingen zeer ingrijpend zijn, kan het nodig zijn de lichtschermen rond de werkzone te verplaatsen of zelfs te vervangen en de resolutie en andere instellingen van de lichtschermen aan te passen om te zorgen voor voldoende bescherming van werknemers en machines.

Speciale situaties waarbij het lichtgordijn wordt gedempt

Voor zeer grote werkzones is het meestal nodig lichtschermen te bundelen. Deze worden in serie geplaatst om de omtrek van het beschermde gebied te vergroten. Dergelijke installaties vereisen gewoonlijk dat de oriëntatie van de lichtschermen zodanig wordt afgewisseld dat de zendmast van het ene gordijn zich rug-aan-rug bevindt ten opzichte van de ontvangmast van het volgende gordijn in de rij. Deze emitter-ontvanger-emitter-ontvanger post-sequentie vermijdt overspraak.

Uiteraard moeten technici bij deze opstellingen (zoals bij elke lichtscherminstallatie) ervoor zorgen dat de zend- en ontvangposten van elk lichtscherm van boven naar beneden op dezelfde manier zijn georiënteerd, zodat het actieve gebied wordt bestreken zoals verwacht en de beoogde resolutie behouden blijft.

Wanneer voor een bewaakte zone hoeken met lichtgordijnen nodig zijn, zijn er twee mogelijkheden: scharnierende staanders (met twee rechte lengten die door een scharnier met elkaar zijn verbonden om hoeken tot 90° of meer om te buigen) en het gebruik van hoekspiegels. Met de laatste kunnen drie zijden van een werkzone worden bewaakt met een zendmast, een ontvangmast en twee hoge spiegels. Kortom, de zendmast is gericht naar een hoek met een spiegel die 90° is gericht naar een tweede spiegel in de volgende hoek. De signalen van de zender gaan van de eerste spiegel naar de tweede en verder naar de ontvanger in de vierde en laatste hoek van het bewaakte gebied. Dit is een eenvoudige manier om een groter gebied te omsluiten, maar het nadeel is dat elke spiegelreflectie niet 100% efficiënt is, zodat het signaal bij elke reflectie afneemt. Ontwerpers doen er goed aan de specificaties van de fabrikant voor deze opstellingen te controleren; gewoonlijk vermindert de signaalsterkte met elke reflectie met ongeveer 8 tot 15%.

Een laatste opmerking over werkzones die erg groot zijn: De meeste hebben de mogelijkheid voor passeersituaties. Deze doen zich voor wanneer een bediener door het lichtgordijn loopt en een machinestop of veilige modus activeert, maar nog steeds in staat is (als de juiste bedieningsorganen zich binnen de bewaakte zone bevinden) om de gevaarlijke machine opnieuw te starten. Als dat gebeurt, staat de operator in wezen onopgemerkt door het lichtgordijn binnen de gevaarlijke werkzone en is hij kwetsbaar voor letsel of erger. Een veel voorkomende oplossing om dergelijke situaties te voorkomen is het weglaten of uitschakelen van startschakelaars en bedieningselementen op machines en het opnemen van een harde reset-schakelaar buiten de bewaakte zone, meestal op een bedieningspaneel in de buurt van de HMI van de werkcel. Dit dwingt operators daadwerkelijk de gevaarlijke werkzone te verlaten om de apparatuur opnieuw te starten.

Demping van het lichtgordijn en de bijbehorende functies van onderdrukking

Sommige werkzones vereisen een periodieke onderbreking van de functie van het lichtgordijn. Dergelijke opschortingen, ook wel dempi,g genoemd, vinden gewoonlijk plaats tijdens een veilig gedeelte van het bewerkingsproces dat toevallig ook handmatig ingrijpen van de machinebediener vereist. Demping is bijvoorbeeld onontbeerlijk wanneer operators pallets moeten laden in het invoergebied van een palletiseermachine. Demping wordt ook vaak gebruikt om operators items te laten uitladen uit het uitgangsstation van een robotcel.

Kortom, het dempen van lichtgordijnen wordt zorgvuldig gecoördineerd door een reeks aanwezigheidsdetectors die materialen van een bepaalde grootte en vorm verwachten. De aanwezigheidsdetectors moeten in een bepaalde volgorde worden geactiveerd om het lichtgordijngedeelte dat door de voorwerpen wordt doorbroken, tijdelijk buiten werking te stellen. Zodra zij klaar zijn en de taak is volbracht die het dempen noodzakelijk maakte, wordt de functie lichtschermbeveiliging hersteld.

Afbeelding 3: Ongeacht de toepassing is de dempingsfunctie van een lichtscherm ontworpen om alleen materiaal door het gordijn te laten bewegen en geen personeel. Timing-diagrammen kunnen de specifieke kenmerken van de dempingfunctie van een lichtscherm kwantificeren. (Bron afbeelding: Design World)

Een functie met betrekking tot muting is die van het onderdrukken van het lichtgordijn. Hier is het het lichtgordijn zelf en niet de aanwezigheidsdetectors die de functie activeren. Kortom, de lichtbundels van het lichtscherm blijven actief en maken het tijdelijk mogelijk dat objecten de beperkte werkzone binnendringen zonder dat de machine wordt uitgeschakeld. Of in een onderdrukkingsvariant die zwevende onderdrukking wordt genoemd, zorgt de elektronica van het lichtgordijn voor een onderdrukt gebied plus een bescheiden tolerantieband rond dat onderdrukte gebied om doorvoer van goederen mogelijk te maken zonder de operator te dwingen items te plaatsen met een te uitdagende precisie.

Lichtschermen worden gewoonlijk gebruikt bij machinebewerkingen waarbij afgewerkte stukken de werkzone moeten verlaten.

Conclusie

Ontwerpers die lichtschermen dimensioneren en specificeren, moeten alle normen documenteren die van toepassing zijn op de machine of robotica die wordt bewaakt, met inbegrip van industriespecifieke eisen en eisen van regionale en beroepsorganisaties. Zodra deze normen zijn vastgesteld, kunnen zij informatie verschaffen over de juiste opstelling en testroutines voor een bepaalde lichtscherminstallatie en aangeven of de omstandigheden of het machinetype het gebruik van lichtschermen in de weg staan.